微流控制备PLGA微球作为具有可持续雷帕霉素释放的细胞载体

背景介绍

雷帕霉素（Rapa）是一种具有免疫抑制作用的药物，广泛应用于器官移植和抗肿瘤治疗。然而，其疏水性强、水溶性差、易降解以及全身给药引起的副作用（如腹泻、骨髓抑制等）限制了其临床应用。为解决这些问题，研究者开发了基于聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）的微球递送系统。PLGA作为FDA批准的可生物降解材料，具有良好的生物相容性，但其传统制备方法（如乳化法、喷雾干燥）存在微球尺寸不均、载药效率低等问题。微流控技术通过精确控制流体动力学，可制备单分散性高、载药量可控的微球。此外，微球作为细胞载体在组织工程中具有重要价值，能够提供三维微环境并实现药物与细胞的共递送。本研究结合微流控技术，制备了负载Rapa的PLGA微球（PLGA-Rapa-M），旨在实现Rapa的持续释放，并评估其作为细胞载体的潜力。

实验结果与讨论

1.微球制备与表征

微球尺寸与分布：通过微流控装置制备的PLGA-Rapa-M平均直径为63.91 μm，尺寸分布窄（CV=2.44%），表面呈现“高尔夫球”状凹陷结构（图2C-D），有助于细胞黏附。

理化性质分析：FTIR和XRD结果表明，Rapa以无定形状态均匀分散于PLGA基质中（图3A-B）。DSC和TGA分析显示，Rapa的加入略微降低了PLGA的玻璃化转变温度（Tg），但未影响热稳定性（图4A-B）。

2.载药与释放性能

载药效率（EE）与载药量（DL）：微流控制备的PLGA-Rapa-M载药效率高达98.07%，载药量可通过调整PLGA与Rapa的比例灵活调控，最大可达19.73%。

体外释放曲线：Rapa释放分为三个阶段：初始30天缓慢释放（<10%），31-80天快速释放（累计达90%），80-100天趋于平衡（最终释放98%）。释放行为由扩散和PLGA降解共同调控（图5）。

3.细胞相容性

软骨细胞黏附与增殖：软骨细胞在PLGA-Rapa-M表面黏附良好，形成细胞聚集体并分泌细胞外基质（ECM）（图6）。MTT实验表明，细胞数量在7天内增长至初始值的2倍，且Rapa的存在未显著抑制细胞增殖（图7）。

实验结论：

本研究成功利用微流控技术制备了单分散PLGA-Rapa微球，其尺寸均一（CV=2.44%）、载药效率高（~98%），并能实现Rapa的持续释放（约3个月）。微球表面的凹陷结构促进了软骨细胞的黏附与增殖，证实其作为细胞载体的潜力。该技术可通过调节微流控参数（如通道尺寸、流速）灵活控制微球性质，为局部免疫抑制治疗和细胞治疗提供了新型递送平台。

参考文献：

Microfluidic preparation of PLGA microspheres as cell carriers with sustainable Rapa release